Macdonald-Hotspot

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Der Macdonald-Hotspot ist ein im südlichen Pazifischen Ozean gelegener Hotspot. Er befindet sich unterhalb des gleichnamigen Macdonald-Seamounts am Südostende der Austral-Inseln Französisch-Polynesiens.

Bezeichnung

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Der Macdonald-Hotspot wurde nach dem amerikanischen Vulkanologen Gordon A. MacDonald benannt.[1]

Geographische Lage

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Weltkarte mit den bedeutenden Hotspots. Der Macdonald-Hotspot im Südpazifik ist Nummer 24

Der Macdonald-Hotspot liegt unterhalb des gleichnamigen Seamounts am Südostende der Austral-Inseln, etwa 340 Kilometer südöstlich von Marotiri. Er ist unmittelbar verantwortlich für den Macdonald-Seamount und möglicherweise auch für die weiter nordwestlich anschließende Vulkankette der Austral- und Cookinseln.[2] Altersdatierungen legen jedoch nahe, dass neben dem Macdonald-Seamount noch andere Hotspots an diesen beiden Inselketten beteiligt waren. Tokelau, die Gilbertinseln, die Phönixinseln sowie mehrere Seamounts und Inseln in den Marshallinseln dürften ebenfalls auf den Macdonald-Hotspot zurückgehen.

Regionalgeologische Übersicht

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Hotspots werden meist als Manteldiapire (Englisch mantle plumes), die in der ozeanischen Kruste Magmen erzeugen, erklärt. Möglicherweise entstehen sie aber auch durch eine Reaktivierung alter Lithosphärenstrukturen – beispielsweise Brüche, die sich unter Zugspannung gebildet hatten. Neben dem Macdonald Seamount werden auch aktive Vulkane auf Hawai'i, der Bounty-Seamount auf Pitcairn, Vailulu'u auf Samoa und Mehetia/Teahitia in den Gesellschaftsinseln als Hotspots angesehen.[3]

Der Vulkanismus im Südpazifik wird meist mit dem so genannten South Pacific Superswell in Verbindung gebracht – ein Gebiet, das gegenüber dem restlichen Ozeanboden durchschnittlich um bis zu 700 Meter höher liegt. In ihm befinden sich mehrere kurzlebige Vulkanketten, darunter die bereits erwähnten Hotspots zuzüglich dem Arago-Hotspot, die Marquesas-Inseln und Rarotonga. Unter dem South Pacific Superswell konnte mit seismischen Verfahren im Erdmantel eine Aufquellregion ausgemacht werden, die aber wegen Mangels an seismischen Messstationen tomographisch nur undeutlich erfasst wurde. Im konkreten Fall des Macdonald-Hotspots sieht es so aus, als ob im Erdmantel eine Niedriggeschwindigkeitsanomalie ab 1000 Kilometer Tiefe bis an die Oberfläche reicht, gleichzeitig aber noch einer weit umfangreicheren, unterhalb von 1000 Kilometer angesiedelten Anomalie aufsitzt.[4] Diese Beobachtung wurde mit einem Superplume, einem riesigen Manteldiapir, in Verbindung gebracht. Superplumes werden beispielsweise auch als Verursacher riesiger ozeanischer Plateaus angesehen, so das aus der Kreide stammende Ontong-Java-Plateau. Superplumes entstehen an der Erdkern/Erdmantelgrenze und spalten sich dann im Oberen Mantel in sekundäre Hotspots auf, wie dies beim Macdonald-Hotspot und dem Hotspot der Gesellschaftsinseln der Fall zu sein scheint.[5]

Geologie der Austral- und Cookinseln

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Die Vulkanbauten der Austral- und Cookinseln verdanken ihre Existenz sehr wahrscheinlich dem Macdonald-Hotspot, über den die Pazifische Platte mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 100 bis 110 Millimeter/Jahr in westnordwestlicher Richtung hinwegglitt.[6] Die Austral-Inseln werden bis zum vulkanisch aktiven Macdonald-Seamount an ihrem südöstlichen Ende von einer 300 bis 500 Meter hohen topographischen Aufbeulung (Englisch swell) unterlagert.[7] Die Inselgruppe geht offensichtlich mit einer zeitlich linearen Abfolge konform, da sie (mit Ausnahme von Marotiri, das wegen eines fehlenden Saumriffs der Wellenerosion ungeschützt ausgeliefert war) morphologisch in Richtung Südosten progressiv weniger stark von der Erosion betroffen sind. Es finden sich aber in der Nähe der Inselgruppe Guyots, von denen einige sekundäre Vulkane tragen. Diese Guyots sind womöglich wesentlich älter und ihr sekundärer Vulkanismus ist vielleicht auf Lithosphärenanomalien zurückzuführen, welche periodisch aktiviert wurden und neue Magmen generierten.[8]

Darüber hinaus haben Altersdatierungen ergeben, dass ausgehend vom Macdonald-Seamount in der Cook-Austral-Kette keine eindeutige Altersabfolge besteht. In Wirklichkeit scheint die Kette aus zwei unterschiedlichen Lineamenten zusammengesetzt zu sein. Für ihre Entfernung vom Macdonald-Seamount sind Atiu und Aitutaki ausgesprochen jung, und auch Rarotonga ist immerhin 18 bis 19 Millionen Jahre jünger, als eine Situierung auf dem Macdonald-Trend erwarten ließe.[9] Im Fall der jüngeren Vulkanite auf Rurutu muss ein anderer Hotspot hinzugezogen werden, der Arago-Hotspot. Die älteren Vulkanite Rurutus liegen aber auf dem Macdonald-Trend. Tubuai und Raivavae[10] wiederum sind zu alt, um vom Macdonald-Hotspot erzeugt worden zu sein – gleiches gilt auch für Gesteinsproben aus den tieferen Sockelbereichen einiger Vulkane. Möglicherweise wurden diese vergleichsweise alten Beispiele durch den Foundation-Hotspot generiert.[11] Anmerkung: Turner und Jarrard (1982) hatten für Tubuai und Raivavae auch jüngere Alter gefunden.[12]

Ein zusätzliches Problem stellt die variable chemische Zusammensetzung zwischen den einzelnen Inseln dar. Auch einige der Cookinseln kommen nicht direkt auf das rekonstruierte Lineament des Macdonald-Hotspots zu liegen.[13] Diese Diskrepanzen lassen sich eigentlich nur mit der Anwesenheit mehrerer Hotspots erklären. Das Neuerwachen des erschlafenen Vulkanismus wie im Falle Rurutus dürfte auf das Überfahren eines anderen Hotspots zurückzuführen sein.

Das angetroffene hohe Helium-3 zu Helium-4 Verhältnis gilt allgemein als Indiz, dass Magmen von Hotspot-Vulkanen dem tiefen Erdmantel entstammen. Die Heliumproben vom Macdonald-Seamount bekräftigen dies und sprechen gegen einen krustalen Ursprungsherd der Magmen. Die Möglichkeit der Existenz von mit primitiver Helium-Anreicherung durchdrungener Lithosphärensektoren ist jedoch durchaus nicht auszuschließen.[14]

Vulkanbauten auf dem Hotspot-Verlauf

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Folgende Vulkanbauten wurden möglicherweise vom Macdonald-Hotspot verursacht:

Photogalerie

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  • Marotiri
    Marotiri
  • Rapa
    Rapa
  • Tubuai
    Tubuai
  • Rurutu
    Rurutu
  • Rimatara
    Rimatara
  • Mangaia
    Mangaia
  • Rarotonga
    Rarotonga
  • Rose-Atoll
    Rose-Atoll
  • Tokelau, Atafu-Atoll
    Tokelau, Atafu-Atoll
  • Erikub-Atoll
    Erikub-Atoll

Einzelnachweise

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  1. ↑ Morgan, W. Jason und Morgan, Jason Phipps: Plate velocities in a hotspot frame. 2007.
  2. ↑ W. J. Morgan: Convection Plumes in the Lower Mantle. In: Nature. Band 230 (5288), 1971, S. 42, doi:10.1038/230042a0.
  3. ↑ Binard, N., Hekinian, R., Stoffers, P. und Cheminée, J. L.: South Pacific Intraplate Volcanism: Structure, Morphology and Style of Eruption. In: Oceanic Hotspots. Springer, Berlin, Heidelberg 2004, S. 157–207, doi:10.1007/978-3-642-18782-7_6.
  4. ↑ Tanaka, S. u. a.: P-wave tomography of the mantle beneath the South Pacific Superswell revealed by joint ocean floor and islands broadband seismic experiments. In: Physics of the Earth and Planetary Interiors. Band 172 (3-4), 2009, S. 268–277, doi:10.1016/j.pepi.2008.10.016.
  5. ↑ Suetsugu, Daisuke und Hanyu, Takeshi: Origin of hotspots in the South Pacific: Recent advances in seismological and geochemical models. In: Geochemical Journal. Band 47 (2), 2013, S. 259–284, doi:10.2343/geochemj.2.0229.
  6. ↑ Talandier, Jacques und Okal, Emile A.: New surveys of MacDonald Seamount, southcentral Pacific, following volcanoseismic activity, 1977-1983. In: Geophysical Research Letters. Band 11 (9), 1984, ISSN 1944-8007, S. 813–816, doi:10.1029/GL011i009p00813.
  7. ↑ Bideau, D. und Hekinian, R.: Intraplate Gabbroic Rock Debris Ejected from the Magma Chamber of the Macdonald Seamount (Austral Hotspot): Comparison with Other Provinces. In: Oceanic Hotspots. Springer, Berlin, Heidelberg 2004, S. 309–348, doi:10.1007/978-3-642-18782-7_11.
  8. ↑ Johnson, Rockne H. und Malahoff, Alexander: Relation of Macdonald Volcano to migration of volcanism along the Austral Chain. In: Journal of Geophysical Research. Band 76 (14), 1971, ISSN 2156-2202, S. 3282–3290, doi:10.1029/JB076i014p03282.
  9. ↑ Thompson, G. M., Malpas, J. und Smith, Ian E. M.: Volcanic geology of Rarotonga, southern Pacific Ocean. In: New Zealand Journal of Geology and Geophysics. Band 41 (1), 2010, S. 95, doi:10.1080/00288306.1998.9514793.
  10. ↑ Dalrymple, G. Brent, Jarrard, R. D. und Clague, D. A.: K-Ar ages of some volcanic rocks from the Cook and Austral Islands. In: GSA Bulletin. Band 86 (10), 1975, ISSN 0016-7606, S. 1466, doi:10.1130/0016-7606(1975)86<1463:KAOSVR>2.0.CO;2.
  11. ↑ McNutt, M. K., Caress, D. W., Reynolds, J., Jordahl, K. A. und Duncan, R. A.: Failure of plume theory to explain midplate volcanism in the southern Austral islands. In: Nature. Band 389 (6650), 1997, ISSN 0028-0836, S. 479–482, doi:10.1038/39013.
  12. ↑ Turner, D. L. und Jarrard, R. D.: K-Ar dating of the Cook-Austral Island chain: a test of the hot spot hypothesis. In: J. volcanol. qeothermal Res. Band 12, 1982, S. 187–220.
  13. ↑ Fleitout, L. und Moriceau, C.: Short-wavelength geoid, bathymetry and the convective pattern beneath the Pacific Ocean. In: Geophysical Journal International. Band 110 (1), 1992, ISSN 0956-540X, S. 13, doi:10.1111/j.1365-246X.1992.tb00709.x.
  14. ↑ Moreira, Manuel und Allègre, Claude: Helium isotopes on the Macdonald seamount (Austral chain): constraints on the origin of the superswell. In: Comptes Rendus Geoscience. Band 336 (11), 2004, S. 983–990, doi:10.1016/j.crte.2004.04.0.
  15. ↑ Chauvel, C., McDonough, W., Guille, G., Maury, R. und Duncan, R.: Contrasting old and young volcanism in Rurutu Island, Austral chain. In: Chemical Geology. Band 139 (1-4), 1997, S. 125–143, doi:10.1016/s0009-2541(97)00029-6.
  16. ↑ Woodhead, Jon D.: Extreme HIMU in an oceanic setting: the geochemistry of Mangaia Island (Polynesia), and temporal evolution of the Cook—Austral hotspot. In: Journal of Volcanology and Geothermal Research. Band 72 (1-2), 1996, S. 16, doi:10.1016/0377-0273(96)00002-9.
  17. ↑ Bonneville, Alain u. a.: Arago Seamount: The missing hotspot found in the Austral Islands. In: Geology. Band 30 (11), 2002, ISSN 0091-7613, S. 1023–1026, doi:10.1130/0091-7613(2002)030<1023:ASTMHF>2.0.CO;2.
  18. ↑ Sipkin, Stuart A. und Jordan, Thomas H.: Lateral heterogeneity of the upper mantle determined from the travel times of ScS. In: Journal of Geophysical Research. Band 80 (11), 1975, S. 1479, doi:10.1029/JB080i011p01474.
  19. ↑ Jackson, Matthew G. u. a.: Samoan hot spot track on a "hot spot highway": Implications for mantle plumes and a deep Samoan mantle source. In: Geochemistry, Geophysics, Geosystems. Band 11 (12), 2010, S. 19, doi:10.1029/2010GC003232.
  20. ↑ Konter, J. G., Koppers, A. A., Staudigel, H., Hanan, B. B. und Blichert-Toft, J: Intermittent Volcanism in the S Pacific: Tracking Persistent Geochemical Sources. In: AGU Fall Meeting Abstracts. Band 51, 2001.
  21. ↑ Jarrard, Richard D. und Clague, David A.: Implications of Pacific Island and seamount ages for the origin of volcanic chains. In: Reviews of Geophysics. Band 15 (1), 1977, S. 57, doi:10.1029/RG015i001p00057.
  22. ↑ Bergersen, D. D.: Cretaceous Hotspot Tracks through the Marshall Islands. 1995, doi:10.2973/odp.proc.sr.144.018.1995.
  23. ↑ Staudigel, Hubert, Park, K.-H., Pringle, M., Rubenstone, J. L., Smith, W. H. F. und Zindler, A.: The longevity of the South Pacific isotopic and thermal anomaly. In: Earth and Planetary Science Letters. Band 102 (1), 1991, S. 34, doi:10.1016/0012-821x(91)90015-a.
  24. ↑ Lincoln, Jonathan M., Pringle, Malcolm S.und Silva, Isabella Premoli: Early and Late Cretaceous Volcanism and Reef-Building in the Marshall Islands. In: The Mesozoic Pacific: Geology, Tectonics, and Volcanism. American Geophysical Union, 1993, S. 279–305, doi:10.1029/gm077p0279.
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